Curved-Bar-Rack-Bypass-Systeme für den Fischschutz an Wasserkraftanlagen und Wasserfassungen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (10/2021)
Ein neuartiger Fischleitrechen mit vertikalen, gebogenen Stäben und anschließendem Bypass-System (BS) stellt eine vielversprechende technische Lösung für den Fischabstieg an Laufwasserkraftwerken dar. Dieses sogenannte Curved-Bar-Rack-Bypass-System (CBR-BS) zeichnet sich durch geringe hydraulische Verluste, eine symmetrische Rechenabströmung und eine hohe Fischleiteffizienz im Labor aus. Dieser Beitrag präsentiert die Forschungsergebnisse der Laborversuche und der numerischen Modellierung zum neu entwickelten CBR-BS.
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Ein neuartiger Fischleitrechen mit vertikalen, gebogenen Stäben und anschließendem Bypass-System (BS) stellt eine vielversprechende technische Lösung für den Fischabstieg an Laufwasserkraftwerken dar. Dieses sogenannte Curved-Bar-Rack-Bypass-System (CBR-BS) zeichnet sich durch geringe hydraulische Verluste, eine symmetrische Rechenabströmung und eine hohe Fischleiteffizienz im Labor aus. Dieser Beitrag präsentiert die Forschungsergebnisse der Laborversuche und der numerischen Modellierung zum neu entwickelten CBR-BS.
Werkzeugkasten für den Umgang mit Starkregenrisiken in Kommunen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
Zur lokalen Bewältigung der Herausforderungen von zunehmenden Starkregenereignissen benötigen Kommunen effektive, passende Werkzeuge. Hierfür haben zehn Institutionen aus sechs Ländern gemeinsam im Projekt Rainman eine frei zugängliche Toolbox erstellt. Sie enthält Methoden zur Risikobewertung und Strategien sowie Maßnahmen zur Risikominderung. Die Toolbox unterstützt kommunale Akteurinnen und Akteure so beim Umgang mit den Risiken aus Starkregen.
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
Zur lokalen Bewältigung der Herausforderungen von zunehmenden Starkregenereignissen benötigen Kommunen effektive, passende Werkzeuge. Hierfür haben zehn Institutionen aus sechs Ländern gemeinsam im Projekt Rainman eine frei zugängliche Toolbox erstellt. Sie enthält Methoden zur Risikobewertung und Strategien sowie Maßnahmen zur Risikominderung. Die Toolbox unterstützt kommunale Akteurinnen und Akteure so beim Umgang mit den Risiken aus Starkregen.
Experimentelle Untersuchungen zu Sedimentablagerungen in einer
Flusskrümmung am Mittelrhein
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Die Bundesanstalt für Wasserbau untersucht im großmaßstäblichen Modellversuch eine für die Binnenschifffahrt herausfordernde Krümmung im Mittelrhein bei Oberwesel. In der Flusskrümmung wird die Schifffahrt durch Sedimentanlandungen entlang einer Kiesbank am Innenufer erschwert. Diese Anlandungen werden derzeit durch Baggerung wiederkehrend entfernt. Flussbauliche Maßnahmen sollen helfen, den Unterhaltungsaufwand zu vermindern. Eine besondere Herausforderung bei der Modellierung lag darin, das Natursediment auf ein geeignetes Modellsediment zu übertragen. Als Modellsedimente wurden verschiedene Kunststoffgranulate unterschiedlicher Dichte als Granulatmischungen eingesetzt.
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Die Bundesanstalt für Wasserbau untersucht im großmaßstäblichen Modellversuch eine für die Binnenschifffahrt herausfordernde Krümmung im Mittelrhein bei Oberwesel. In der Flusskrümmung wird die Schifffahrt durch Sedimentanlandungen entlang einer Kiesbank am Innenufer erschwert. Diese Anlandungen werden derzeit durch Baggerung wiederkehrend entfernt. Flussbauliche Maßnahmen sollen helfen, den Unterhaltungsaufwand zu vermindern. Eine besondere Herausforderung bei der Modellierung lag darin, das Natursediment auf ein geeignetes Modellsediment zu übertragen. Als Modellsedimente wurden verschiedene Kunststoffgranulate unterschiedlicher Dichte als Granulatmischungen eingesetzt.
Stauraumverlandung von Hochgebirgstauseen: Experimentelle Modellversuche
mit Mischungen aus Kunststoffgranulat und Sand
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In Hochgebirgsstauseen erfolgt der Sedimenteintrag aus Einzugsgebieten, die durch Vegetationsmangel geprägt sind und dadurch bei Extremereignissen stark erodiert werden. Das eingetragene Sediment ist oftmals eine Mischung aus Kies und Sand sowie kleineren Anteilen aus Schluffen und Tonen. Der Kies wird als Geschiebe transportiert und bildet am oberen Teil des Stausees einen deltaförmigen Transportkörper, der im Stausee langsam zur Talsperre wandert. Der Sand wird überwiegend in Suspension transportiert und bei den vornehmlich kleineren Stauräumen bis hin zum Absperrbauwerk abgelagert. Der Sedimenteintrag verringert den Stauraum z. T. deutlich. Da Kies im Wesentlichen als Geschiebe und Sand primär als Suspension in den Stauraum eingetragen werden, müssen diese morphodynamischen Prozesse im physikalischen Modell unterschiedlich betrachtet werden. Im Rahmen von zwei Consulting-Projekten an Talsperren in Chile wurden morphodynamische Experimente für Stauräume durchgeführt mit dem Ziel, die Stauraumverlandung durch eingetragenes Sediment aus Kies und Sand zu reduzieren. Als Modellsediment wurde eine Mischung aus Sand und Kunststoffgranulat verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass mit den getesteten innovativen Verfahren im physikalischen Modell die Baggerungen im Stausee deutlich reduziert werden konnten.
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In Hochgebirgsstauseen erfolgt der Sedimenteintrag aus Einzugsgebieten, die durch Vegetationsmangel geprägt sind und dadurch bei Extremereignissen stark erodiert werden. Das eingetragene Sediment ist oftmals eine Mischung aus Kies und Sand sowie kleineren Anteilen aus Schluffen und Tonen. Der Kies wird als Geschiebe transportiert und bildet am oberen Teil des Stausees einen deltaförmigen Transportkörper, der im Stausee langsam zur Talsperre wandert. Der Sand wird überwiegend in Suspension transportiert und bei den vornehmlich kleineren Stauräumen bis hin zum Absperrbauwerk abgelagert. Der Sedimenteintrag verringert den Stauraum z. T. deutlich. Da Kies im Wesentlichen als Geschiebe und Sand primär als Suspension in den Stauraum eingetragen werden, müssen diese morphodynamischen Prozesse im physikalischen Modell unterschiedlich betrachtet werden. Im Rahmen von zwei Consulting-Projekten an Talsperren in Chile wurden morphodynamische Experimente für Stauräume durchgeführt mit dem Ziel, die Stauraumverlandung durch eingetragenes Sediment aus Kies und Sand zu reduzieren. Als Modellsediment wurde eine Mischung aus Sand und Kunststoffgranulat verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass mit den getesteten innovativen Verfahren im physikalischen Modell die Baggerungen im Stausee deutlich reduziert werden konnten.
Kolkexperimente an Brückenpfeilern unter Sedimenttransportbedingungen
mit Polystyrolgranulat
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Brückenzerstörungen durch Auskolkungen erfolgen bei hohen Strömungsintensitäten, die im Wasserbaulabor nur schwierig nachzubilden sind. In einer hydraulischen Versuchsrinne mit Sedimentrückführung wurden physikalische Modellversuche zur Kolkbildung an Brückenpfeilern unter Klarwasserbedingungen, bei Geschiebetransport und Suspensionstransport durchgeführt. Als Sediment wurde das Kunststoffgranulat Polystyrol verwendet. Die Fließgeschwindigkeiten betrugen das 0,8- bis 8,5-fache der kritischen Geschwindigkeit des Sohlenmaterials. Die maximale Kolktiefe wurde kontinuierlich mit einer endoskopischen Kamera aus dem Inneren eines kreisrunden Plexiglaszylinders gemessen.
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Brückenzerstörungen durch Auskolkungen erfolgen bei hohen Strömungsintensitäten, die im Wasserbaulabor nur schwierig nachzubilden sind. In einer hydraulischen Versuchsrinne mit Sedimentrückführung wurden physikalische Modellversuche zur Kolkbildung an Brückenpfeilern unter Klarwasserbedingungen, bei Geschiebetransport und Suspensionstransport durchgeführt. Als Sediment wurde das Kunststoffgranulat Polystyrol verwendet. Die Fließgeschwindigkeiten betrugen das 0,8- bis 8,5-fache der kritischen Geschwindigkeit des Sohlenmaterials. Die maximale Kolktiefe wurde kontinuierlich mit einer endoskopischen Kamera aus dem Inneren eines kreisrunden Plexiglaszylinders gemessen.
Nachbildung von Geschiebeschüttkegeln mit Kunststoffgranulaten
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Am Beispiel der Isarmündung in die Donau zeigt sich, dass heterogenes Kiesmaterial im Mündungsbereich eines Flusses als sogenannter Schüttkegel abgelagert werden kann. Am Zusammenfluss von Isar und Donau führt dies zu Beeinträchtigungen der Schifffahrt. Um diese morphologische Situation in einem gegenständlichen Modell untersuchen zu können, ist ein geeignetes Modellmaterial auszuwählen. Dazu wurden an der Hochschule Magdeburg-Stendal umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um nachfolgende Laborversuche der Bundesanstalt für Wasserbau mit der erforderlichen Naturähnlichkeit zu ermöglichen.
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Am Beispiel der Isarmündung in die Donau zeigt sich, dass heterogenes Kiesmaterial im Mündungsbereich eines Flusses als sogenannter Schüttkegel abgelagert werden kann. Am Zusammenfluss von Isar und Donau führt dies zu Beeinträchtigungen der Schifffahrt. Um diese morphologische Situation in einem gegenständlichen Modell untersuchen zu können, ist ein geeignetes Modellmaterial auszuwählen. Dazu wurden an der Hochschule Magdeburg-Stendal umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um nachfolgende Laborversuche der Bundesanstalt für Wasserbau mit der erforderlichen Naturähnlichkeit zu ermöglichen.
Modelluntersuchungen zum Kolkprozess am Wehr Geesthacht
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Untersuchungen an der Wehranlage Geesthacht zeigen, dass Kolkprozesse in gegenständlichen Modellen nach wie vor eine Herausforderung darstellen. Einerseits erfordert die Abbildung der morphologischen Prozesse von feinen Sedimenten Kompromisse bei der Naturähnlichkeit. Andererseits sind berührungslose Methoden erforderlich, um den Kolkprozess im laufenden Versuch zu beobachten. Insgesamt konnten die maßgebenden Randbedingungen für den Kolkprozess aufgezeigt werden, so dass Sicherheit für die Planung der notwendigen geometrischen Veränderungen des Tosbeckens und für die Konzeptionierung der Kolksicherungsstrecke besteht.
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Untersuchungen an der Wehranlage Geesthacht zeigen, dass Kolkprozesse in gegenständlichen Modellen nach wie vor eine Herausforderung darstellen. Einerseits erfordert die Abbildung der morphologischen Prozesse von feinen Sedimenten Kompromisse bei der Naturähnlichkeit. Andererseits sind berührungslose Methoden erforderlich, um den Kolkprozess im laufenden Versuch zu beobachten. Insgesamt konnten die maßgebenden Randbedingungen für den Kolkprozess aufgezeigt werden, so dass Sicherheit für die Planung der notwendigen geometrischen Veränderungen des Tosbeckens und für die Konzeptionierung der Kolksicherungsstrecke besteht.
Versuchsbetrieb mit Sedimentmischungen aus Kunststoffgranulaten
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
In gegenständlichen morphologischen Flussmodellen wird das Natursediment häufig durch Kunststoffgranulate nachgebildet. Für den Umgang mit homogenem Material liegen gute Erfahrungen zum Laboralltag vor. Neuerdings werden Flussmodelle zur Nachbildung weitgestufter Kornverteilungen mit Mischungen aus Granulaten unterschiedlicher Dichte betrieben. Dazu sind neue Verfahren und Geräte für das Wasserbaulabor zu entwickeln. Optische Verfahren können für eine Überprüfung der Mischungsverhältnisse verwendet werden. Die Vermessung der Modelltopographien stellte ein ungeahntes Problem dar, da die gängigen Laserscanner nicht in der erforderlichen Genauigkeit bei halbtransparenten Kunststoffen arbeiten, so dass photogrammetrische Methoden besser geeignet sind. Die verwendeten Sedimentmischungen müssen nach einem Versuch wieder getrennt werden. Ein modifizierter Gegenstrom-Sichter wurde entwickelt, welcher die Kunststoffgranulate mit einer hohen Trennschärfe separieren kann.
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In gegenständlichen morphologischen Flussmodellen wird das Natursediment häufig durch Kunststoffgranulate nachgebildet. Für den Umgang mit homogenem Material liegen gute Erfahrungen zum Laboralltag vor. Neuerdings werden Flussmodelle zur Nachbildung weitgestufter Kornverteilungen mit Mischungen aus Granulaten unterschiedlicher Dichte betrieben. Dazu sind neue Verfahren und Geräte für das Wasserbaulabor zu entwickeln. Optische Verfahren können für eine Überprüfung der Mischungsverhältnisse verwendet werden. Die Vermessung der Modelltopographien stellte ein ungeahntes Problem dar, da die gängigen Laserscanner nicht in der erforderlichen Genauigkeit bei halbtransparenten Kunststoffen arbeiten, so dass photogrammetrische Methoden besser geeignet sind. Die verwendeten Sedimentmischungen müssen nach einem Versuch wieder getrennt werden. Ein modifizierter Gegenstrom-Sichter wurde entwickelt, welcher die Kunststoffgranulate mit einer hohen Trennschärfe separieren kann.
Anpassung des Hochwasserschutzes am linken Weserufer an der Stadtstrecke in Bremen
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
Die Stadtstrecke in Bremen, ursprünglich ein Hochwasserschutzprojekt, umfasst die Umgestaltung des stadtbremischen linken Weserufers auf knapp 2 km. Neben dem Hochwasserschutz sind an dieser städtebaulich exponierten Strecke auch die Schaffung einer stadträumlichen Kante mit gehobener Aufenthaltsqualität und der Ausbau der Nahmobilität vorgesehen. Vorgestellt werden Aspekte und Lösungen des Vorplanungsprozesses.
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (5/2021)
Die Stadtstrecke in Bremen, ursprünglich ein Hochwasserschutzprojekt, umfasst die Umgestaltung des stadtbremischen linken Weserufers auf knapp 2 km. Neben dem Hochwasserschutz sind an dieser städtebaulich exponierten Strecke auch die Schaffung einer stadträumlichen Kante mit gehobener Aufenthaltsqualität und der Ausbau der Nahmobilität vorgesehen. Vorgestellt werden Aspekte und Lösungen des Vorplanungsprozesses.
Verluste und Auslegung von Schrägrechen anhand ethohydraulischer Studien
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (12/2020)
Als mögliche Lösung zur Herstellung des Fischschutzes und der Durchgängigkeit an Wasserkraftwerken hat sich der schräg angeströmte Horizontalstabrechen, hier als Schrägrechen bezeichnet, inzwischen bewährt. Nun wurden anhand wissenschaftlicher Labor- und Feldstudien die Ermittlung der hydraulischen Verluste, d. h. Rechenverluste, am Schrägrechen und die hydraulischen Signaturen, welche durch den Rechen hervorgerufen werden, untersucht. Die Schutz- und Leitwirkung auf abwandernde Lachssmolts und Aale konnte daran anknüpfend in ethohydraulischen Studien für unterschiedliche Rechenparameter ermittelt werden.
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Als mögliche Lösung zur Herstellung des Fischschutzes und der Durchgängigkeit an Wasserkraftwerken hat sich der schräg angeströmte Horizontalstabrechen, hier als Schrägrechen bezeichnet, inzwischen bewährt. Nun wurden anhand wissenschaftlicher Labor- und Feldstudien die Ermittlung der hydraulischen Verluste, d. h. Rechenverluste, am Schrägrechen und die hydraulischen Signaturen, welche durch den Rechen hervorgerufen werden, untersucht. Die Schutz- und Leitwirkung auf abwandernde Lachssmolts und Aale konnte daran anknüpfend in ethohydraulischen Studien für unterschiedliche Rechenparameter ermittelt werden.
